Por que é o céu azul e o pôr do sol laranja: a física por detrás do que vemos todos os dias

Por que é o céu azul é uma das perguntas mais antigas da humanidade, e a resposta é uma das descobertas mais elegantes da física. A explicação tem um nome: dispersão de Rayleigh, em homenagem ao físico britânico Lord Rayleigh, que a descreveu matematicamente no século XIX. E começa com uma propriedade da luz que parece simples, mas tem consequências profundas: a luz branca do Sol não é uma cor única. É a soma de todas as cores do espectro visível.

Luz branca, cores separadas

Quando a luz solar entra na atmosfera terrestre, colide com as moléculas de azoto e oxigénio que compõem o ar. Estas colisões fazem com que a luz seja dispersa em todas as direções, mas nem todas as cores se dispersam da mesma forma. A dispersão é muito mais intensa para comprimentos de onda curtos, ou seja, para as cores da extremidade azul do espectro, do que para comprimentos de onda longos, como o vermelho e o laranja.

O azul dispersa-se aproximadamente dez vezes mais do que o vermelho. O resultado é que, quando olhamos para qualquer ponto do céu que não seja diretamente o Sol, o que vemos é essencialmente azul disperso em todas as direções. O céu não é azul porque o ar é azul. É azul porque o ar dispersa preferencialmente a luz azul para todos os lados, incluindo para os nossos olhos.

Por que o pôr do sol é laranja e vermelho

Ao pôr do sol, a geometria muda completamente. Quando o Sol está baixo no horizonte, a luz tem de atravessar uma espessura de atmosfera muito maior para chegar até nós do que quando está a pino no meio-dia. Nessa travessia longa, a maioria do azul já foi disperso, espalhado pelo caminho antes de chegar aos olhos. O que sobra são os comprimentos de onda mais longos, os laranjas e os vermelhos, que conseguem sobreviver à longa jornada através da atmosfera espessa.

É por isso que o Sol parece vermelho ao entardecer e por isso que os pores do sol em dias com mais poluição ou partículas no ar, como fumo de incêndios, são frequentemente mais intensos e dramáticos: mais partículas significam mais dispersão do azul e mais saturação do vermelho.

Por que as nuvens são brancas

As nuvens levantam uma questão óbvia: se o azul se dispersa mais, por que razão as nuvens não são azuis? A resposta está no tamanho das partículas. As nuvens são compostas por gotículas de água muito maiores do que as moléculas de ar. Partículas grandes dispersam todas as cores da luz de forma quase igual, um fenómeno chamado dispersão de Mie. O resultado é que a luz branca entra na nuvem e sai branca em todas as direções. As nuvens de tempestade ficam cinzentas ou negras porque são tão espessas que absorvem e bloqueiam grande parte da luz, em vez de a dispersar.

O céu noutros planetas

A dispersão de Rayleigh depende da composição da atmosfera. Em Marte, a atmosfera é muito mais fina e composta principalmente por dióxido de carbono, com pó avermelhado em suspensão. O resultado é um céu avermelhado durante o dia e tons azuis ao pôr do sol, o inverso do que acontece na Terra. É uma das imagens mais fascinantes que as sondas marcianas já enviaram para a Terra.

A pergunta que parece simples

Poucas perguntas parecem tão óbvias e têm uma resposta tão elegante. O céu é azul porque o ar prefere o azul. O pôr do sol é laranja porque o azul se perdeu pelo caminho. E as nuvens são brancas porque as gotículas de água não têm preferências. São três fenómenos com a mesma causa, três faces da mesma física. E a próxima vez que alguém perguntar por que é o céu azul, a resposta cabe numa frase: porque o ar dispersa mais o azul do que qualquer outra cor.

Luís Martins; WiN
Imagem Pexes